本發(fā)明屬于滾動(dòng)接觸剛度和阻尼系數(shù)試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高速滾動(dòng)接觸剛度和阻尼系數(shù)測試的新方法。

背景技術(shù)：

隨著鐵路列車不斷提速及向高速化方向發(fā)展，列車在運(yùn)行過程中的振動(dòng)將不可避免地增大，與此同時(shí)，人們對(duì)列車乘坐的舒適性的要求也越來越高。如何化解或緩和這一矛盾，已成為當(dāng)今鐵路研究人員的一項(xiàng)課題。鐵路運(yùn)輸向科學(xué)研究提出一系列挑戰(zhàn)，許多關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題急需解決，其中輪軌滾動(dòng)接觸剛度和阻尼的研究就是最復(fù)雜問題之一，它的解決對(duì)列車安全運(yùn)營和降低振動(dòng)以及發(fā)展高速列車具有重要的意義。眾所周知，軌道幾何不平順是導(dǎo)致機(jī)車車輛振動(dòng)的直接根源，國內(nèi)外均對(duì)此進(jìn)行了大量卓有成效的研究。然而輪軌滾動(dòng)接觸剛度和阻尼對(duì)列車運(yùn)行的影響尚未得到深入研究，其影響規(guī)律還未被認(rèn)識(shí)清楚，由于缺少理想的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，故沒有得到系統(tǒng)性的研究。本發(fā)明在現(xiàn)有的測試剛度和阻尼系數(shù)試驗(yàn)方法上進(jìn)行改進(jìn)，提供出一種高速滾動(dòng)接觸剛度和阻尼系數(shù)測試的新方法，以實(shí)時(shí)模擬檢測出高速列車輪軌滾動(dòng)接觸剛度和阻尼系數(shù)特性。

該方法解決以下幾個(gè)問題：

（1）工作原理簡單、可靠性高，可實(shí)時(shí)檢測試件高速滾動(dòng)接觸剛度和阻尼系數(shù)；

（2）操縱方便，避免傳感器長電纜繞線問題；

（3）維修保養(yǎng)費(fèi)用低，采用高速伺服電機(jī)，可以模擬高速列車輪軌滾動(dòng)接觸。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有的技術(shù)不足，本發(fā)明提供了一種高速滾動(dòng)接觸剛度和阻尼系數(shù)測試的新方法，該方法主要由高速滾動(dòng)接觸剛度和阻尼系數(shù)試驗(yàn)機(jī)實(shí)現(xiàn)，該試驗(yàn)機(jī)能實(shí)時(shí)檢測高速滾動(dòng)接觸剛度和阻尼系數(shù)特性。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：為了克服現(xiàn)有的剛度和阻尼系數(shù)測試設(shè)備不能實(shí)時(shí)檢測高速滾動(dòng)接觸工況下的滾動(dòng)接觸剛度和阻尼系數(shù)，并為研究輪軌滾動(dòng)接觸剛度和阻尼特性提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。本發(fā)明依據(jù)的原理是主動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)部分臥式安裝于主機(jī)工作臺(tái)[7]之上，主動(dòng)軸[15]通過彈性聯(lián)軸器[20]與無線加速度傳感器[25]串聯(lián)，由交流伺服電機(jī)1[5]驅(qū)動(dòng)，下試環(huán)[19]裝于主動(dòng)軸[15]前端，并由固定螺母[17]和擋圈[18]緊固，可隨主動(dòng)軸[15]以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，主動(dòng)帶輪[24]通過同步圓弧齒型帶和從動(dòng)帶輪[23]傳遞帶動(dòng)傳動(dòng)軸[22]旋轉(zhuǎn)，同時(shí)通過帶輪[21]傳遞帶動(dòng)陪試主軸[12]同步旋轉(zhuǎn)，傳動(dòng)軸組件通過左、右軸支撐座[2]固定于工作臺(tái)[7]上，陪試主軸[12]安裝于杠桿保持架[26]一端，杠桿保持架[26]可以傳動(dòng)軸[22]為支點(diǎn)做杠桿運(yùn)動(dòng)以傳遞試驗(yàn)力，以車輪材料為主試件[14]，鋼軌材料為陪試件[13]，使得主試件[14]與陪試件[13]可以實(shí)現(xiàn)高速滾動(dòng)接觸。無線渦流傳感器[16]獲取掃頻和同步兩種信號(hào)，測試掃頻信號(hào)就是根據(jù)要求測量的頻率點(diǎn)周期性給出各頻率點(diǎn)的正弦信號(hào)，此信號(hào)由LabVIEW 產(chǎn)生，通過采集卡模擬輸出通道輸出，加載在功率放大器[10]的輸入端，功率放大器[10]的輸入接口與信號(hào)發(fā)生器[11]連接，將其掃頻信號(hào)放大，輸出端口與非接觸激振器[27]連接，由固定在激振盒[8]中的非接觸激振器[27]持續(xù)給激勵(lì)式樣的受迫振動(dòng)作為主要激勵(lì)，同步信號(hào)是產(chǎn)生與掃頻信號(hào)同步的方波信號(hào)，用于位移響應(yīng)信號(hào)的同步采集，無線渦流傳感器[16]的輸出電壓信號(hào)作為系統(tǒng)的響應(yīng)信號(hào)再由NI DAQ數(shù)據(jù)采集卡的一路模擬輸入通道采集到計(jì)算機(jī)[9]，由系統(tǒng)應(yīng)用程序進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)分析，模擬檢測出高速列車滾動(dòng)接觸剛度和阻尼特性。

該高速滾動(dòng)接觸剛度和阻尼系數(shù)測試試驗(yàn)機(jī)主要由五部分構(gòu)成：機(jī)架、主動(dòng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、陪試運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、自動(dòng)測試裝置和微機(jī)控制裝置，其中機(jī)架主要由工作臺(tái)[7]、支架[3]、底板[4]組成；主動(dòng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由主動(dòng)運(yùn)動(dòng)部分高速伺服電機(jī)1 [1]、支撐座[2]、主動(dòng)軸[15]、主試件[14]、彈性聯(lián)軸器[20]、下試環(huán)[19]組成；陪試運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由陪試運(yùn)動(dòng)部分高速伺服電機(jī)2 [5]、陪試主軸[12]、陪試件[13]、試驗(yàn)力加載器[6]、主動(dòng)帶輪[24]、從動(dòng)帶輪[23]、傳動(dòng)軸[22]組成；自動(dòng)測試裝置主要由功率放大器[10]、非接觸式激振器[27]、無線渦流傳感器[16]、信號(hào)接收器[11]組成；微機(jī)控制機(jī)構(gòu)主要由電器測控系統(tǒng)、軟件部分、計(jì)算機(jī)[9]及輔助件組成。

現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

（1）本發(fā)明與現(xiàn)有測試剛度和阻尼系數(shù)的設(shè)備最大不同之處在于可以實(shí)現(xiàn)避免長電纜繞線，實(shí)時(shí)檢測出高速滾動(dòng)接觸剛度和阻尼系數(shù)特性，為研究輪軌滾動(dòng)接觸剛度和阻尼模型的科研工作提供依據(jù)。

（2）改進(jìn)了現(xiàn)有測試剛度和阻尼的設(shè)備不能進(jìn)行高速工況下的滾動(dòng)接觸，主動(dòng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、陪試運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)均運(yùn)用了高速伺服電機(jī)，可仿真高速滾動(dòng)接觸工況下試件滾動(dòng)接觸現(xiàn)象。

（3）自動(dòng)測試裝置能夠通過無線渦流傳感器獲取的信號(hào)自動(dòng)得到試樣的剛度和阻尼系數(shù)。

（4）工作原理簡單、檢測精度高、易于安裝、維修費(fèi)用低，界面直觀易用。

附圖說明

圖1為高速滾動(dòng)接觸剛度和阻尼系數(shù)測試試驗(yàn)機(jī)外觀示意圖。

圖2為高速滾動(dòng)接觸剛度和阻尼系數(shù)測試試驗(yàn)機(jī)零件示意圖。

圖3為主動(dòng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖。

圖4為陪試運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記：主動(dòng)運(yùn)動(dòng)部分高速伺服電機(jī)1[1]、支撐座[2]、支架[3]、底板[4]、陪試運(yùn)動(dòng)部分高速伺服電機(jī)2[5]、試驗(yàn)力加載器[6]、工作臺(tái)[7]、激振盒[8]、計(jì)算機(jī)[9]、功率放大器[10]、信號(hào)接收器[11]、陪試主軸[12]、陪試件[13]、主試件[14]、主動(dòng)軸[15]、無線渦流傳感器[16]、螺母[17]、擋圈[18]、下試環(huán)[19]、彈性聯(lián)軸器[20]、帶輪[21]、傳動(dòng)軸[22]、從動(dòng)帶輪[23]、帶輪[24]、無線加速度傳感器[25]、杠桿保持架[26]、非接觸激振器[27]。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明：

如附圖1、附圖2所示，本發(fā)明的組成包括機(jī)架、主動(dòng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、陪試運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、自動(dòng)測試裝置和微機(jī)控制機(jī)構(gòu)。

實(shí)施例1、一種高速滾動(dòng)接觸剛度和阻尼系數(shù)測試的新方法，其中：主動(dòng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由主動(dòng)動(dòng)運(yùn)動(dòng)部分高速伺服電機(jī)1[1]、支撐座[2]、主動(dòng)軸[15]、主試件[14]、彈性聯(lián)軸器[20]、下試環(huán)[19]組成。主動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)部分臥式安裝于主機(jī)工作臺(tái)[7]之上，下試環(huán)[19]安裝于主動(dòng)軸[15]前端，并由固定螺母[17]和擋圈[18]緊固，可隨主動(dòng)軸[15]以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，主動(dòng)軸[15]通過彈性聯(lián)軸器[20]與無線加速度傳感器[25]串聯(lián)，主動(dòng)運(yùn)動(dòng)部分高速伺服電機(jī)1[1]通過主動(dòng)軸[15]與主試件[14]連接，可實(shí)現(xiàn)主動(dòng)運(yùn)動(dòng)部分高速伺服電機(jī)1[1]帶動(dòng)主試件[14]的自由滾動(dòng)。

實(shí)施例2、一種高速滾動(dòng)接觸剛度和阻尼測試系數(shù)的新方法，其中：陪試運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由陪試運(yùn)動(dòng)部分高速伺服電機(jī)2[5]、試驗(yàn)力加載器[6]、陪試主軸[12]、陪試件[13]、主動(dòng)帶輪[24]、從動(dòng)帶輪[23]、傳動(dòng)軸[22]、帶輪[21]組成。高速伺服電機(jī)1[5]驅(qū)動(dòng)主動(dòng)帶輪[24]通過同步圓弧齒型帶和從動(dòng)帶輪[23]傳遞帶動(dòng)傳動(dòng)軸[22]旋轉(zhuǎn)，同時(shí)通過帶輪[21]傳遞帶動(dòng)陪試主軸[12]同步旋轉(zhuǎn)，上試環(huán)通過固定螺母[17]和擋圈[18]緊固于陪試主軸[12]端部，高速伺服電機(jī)2[5]通過陪試主軸[12]與陪試件[13]連接形成轉(zhuǎn)動(dòng)副，可實(shí)現(xiàn)陪試運(yùn)動(dòng)部分高速伺服電機(jī)2[5]帶動(dòng)陪試件[13]的自由滾動(dòng)。驗(yàn)力加載器[6]通過螺釘擰緊固定在工作臺(tái)上，采用液壓作動(dòng)器加載機(jī)構(gòu)，使得主、陪試件之間可產(chǎn)生最大試驗(yàn)力30KN。

實(shí)施例3、一種高速滾動(dòng)接觸剛度和阻尼測試的新方法，其中：自動(dòng)測試裝置主要由功率放大器[10]、非接觸式激振器[27]、無線渦流傳感器[16]、信號(hào)接收器[11]組成。無線渦流傳感器[16]獲取掃頻和同步兩種信號(hào)，測試掃頻信號(hào)就是根據(jù)要求測量的頻率點(diǎn)周期性給出各頻率點(diǎn)的正弦信號(hào)，此信號(hào)由LabVIEW 產(chǎn)生，同步信號(hào)是產(chǎn)生與掃頻信號(hào)同步的方波信號(hào)，用于位移響應(yīng)信號(hào)的同步采集(為位移剛度系數(shù))。

實(shí)施例4、一種高速滾動(dòng)接觸剛度和阻尼測試的新方法，其中：無線渦流傳感器[16]獲取掃頻信號(hào)通過采集卡模擬輸出通道輸出，加載在功率放大器[10]( 為功率放大電路傳遞函數(shù))的輸入端，功率放大器[10]的輸入接口與信號(hào)發(fā)生器[11]連接，將其掃頻信號(hào)放大，輸出端口與非接觸激振器[27]連接，由固定在激振盒[8]中的非接觸激振器[27]持續(xù)給激勵(lì)式樣的受迫振動(dòng)作為主要激勵(lì)。

實(shí)施例5、一種高速滾動(dòng)接觸剛度和阻尼測試的新方法，其中：無線渦流傳感器[16] (傳感器電路的傳遞函數(shù))的輸出電壓信號(hào)作為系統(tǒng)的響應(yīng)信號(hào)再由NI DAQ數(shù)據(jù)采集卡的一路模擬輸入通道采集到計(jì)算機(jī)[9]，通過對(duì)各種信號(hào)的處理可以得到剛度和阻尼系數(shù)分別為：和,其中，和 分別表示的實(shí)部和虛部，為電流剛度系數(shù)。由系統(tǒng)應(yīng)用程序進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)分析，即可完成高速滾動(dòng)接觸剛度和阻尼系數(shù)的測試。

本發(fā)明的工作方法如下：

本發(fā)明設(shè)計(jì)意在研究高速列車輪軌滾動(dòng)接觸剛度和阻尼系數(shù)特性，在實(shí)驗(yàn)前，實(shí)驗(yàn)人員先檢查主動(dòng)運(yùn)動(dòng)部分高速伺服電機(jī)1[1]、陪試運(yùn)動(dòng)部分高速伺服電機(jī)2[5]是否能正常工作，然后打開伺服電機(jī)開關(guān)，以車輪材料為主試件[14]、鋼軌材料為陪試件[13]，調(diào)試好主試件[14]和陪試件[13]的相對(duì)位置，調(diào)整轉(zhuǎn)速，主、陪試件均以25000轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)主試件[14]和陪試件[13]高速滾動(dòng)接觸。通過微機(jī)控制機(jī)構(gòu)把需要施加的應(yīng)力輸入試驗(yàn)力加載器[6]，給主試件[14]和陪試件[13]之間輸入15KN的應(yīng)力，模擬高速列車輪軌滾動(dòng)接觸間應(yīng)力狀態(tài)。無線渦流傳感器[16]獲取掃頻和同步兩種信號(hào)，測試掃頻信號(hào)就是根據(jù)要求測量的頻率點(diǎn)周期性給出各頻率點(diǎn)的正弦信號(hào)，此信號(hào)由LabVIEW 產(chǎn)生，通過采集卡模擬輸出通道輸出，加載在功率放大器[10]的輸入端，功率放大器[10]的輸入接口與信號(hào)發(fā)生器[11]連接，將其掃頻信號(hào)放大，輸出端口與非接觸激振器[27]連接，由固定在激振盒[8]中的非接觸激振器[27]持續(xù)給激勵(lì)式樣的受迫振動(dòng)作為主要激勵(lì)，同步信號(hào)是產(chǎn)生與掃頻信號(hào)同步的方波信號(hào)，用于位移響應(yīng)信號(hào)的同步采集，無線渦流傳感器[16]的輸出電壓信號(hào)作為系統(tǒng)的響應(yīng)信號(hào)再由NI DAQ數(shù)據(jù)采集卡的一路模擬輸入通道采集到計(jì)算機(jī)[9]，由系統(tǒng)應(yīng)用程序進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)分析，計(jì)算機(jī)界面能夠進(jìn)行控制、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)視、測量、記錄試驗(yàn)過程中的試驗(yàn)力、阻尼和剛度系數(shù)等，通過得出的數(shù)據(jù)分析得出高速列車輪軌滾動(dòng)接觸剛度和阻尼系數(shù)特性。

本高速滾動(dòng)接觸剛度和阻尼系數(shù)測試試驗(yàn)方法在三相四線制380V電壓、室溫10-35℃范圍內(nèi)下正常工作，適宜安裝在地面平整的一樓，工作原理簡單，檢測過程快速精確，工作安全可靠，可實(shí)時(shí)檢測高速滾動(dòng)接觸剛度和阻尼系數(shù)特性。

上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實(shí)現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種改造，或未經(jīng)改進(jìn)直接應(yīng)用于其它場合的，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。